(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な前面シートと、
前面及びこれに対向する裏面を有する半導体層と、
前記半導体層の裏面から延びる複数の分離されているｐドープ・アイランド及び複数の分離されているｎドープ・アイランドと、
少なくとも二つの電気相互接続と、
を含む太陽電池セルであって、
前記半導体層は、前記半導体層の前面を前記透明な前面シートに向けて固定されており、一方の電気相互接続が前記複数のｐドープ・アイランド間に電気接続を提供し、他方の電気相互接続が前記複数のｎドープ・アイランド間に電気接続を提供し、そして
前記ドープ・アイランドが、ドーピングされたシリコン／ゲルマニウム粒子積層物からドーパントが拡散されることによって形成され、ドーピングされたシリコン（Ｓｉ）／ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む、ことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
前記半導体層が、５ミクロンから１００ミクロンの平均厚さを有するシリコン／ゲルマニウム箔を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項３】
前記複数のドープ・アイランドが、裏面誘電性保護層を貫通する開口部に整合されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項４】
前記裏面誘電性保護層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池セル。
【請求項５】
前面誘電性保護層が、前記半導体層と前記透明な前面シートとの間に位置することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項６】
請求項１に記載の太陽電池セルと、
透明素材のシートに沿って複数の付加的な太陽電池セル構造体と、
を含むことを特徴とする光起電モジュール。
【請求項７】
ドーピングされた半導体構造体を形成するための方法であって、
半導体シートの表面に複数の積層物を印刷する工程、
前記印刷工程が、ドーピングされた粒子を含むインクの積層を含み、
前記複数の積層物のうち、いくつかはｐドーパントを含んでおり、他の積層物はｎドーパントを含んでおり、そして
前記半導体シートにドーパントを導入して、前記半導体シートの前記表面から延びる分離されたドープ・アイランドを形成する工程と、
を含んでおり、
前記ドーピングされた粒子が、シリコン（Ｓｉ）／ゲルマニウム（Ｇｅ）を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記印刷工程が、インクジェット式印刷を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーピングされた粒子が、１００ナノメートル以下の一次粒子の平均径を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
ドーパントを導入する工程の後に前記シリコン／ゲルマニウムを除去するためにエッチングを行う工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体シートにドーパントを導入する工程が、
積層物を前記半導体シートの表面上へ放射する工程を更に含んでおり、誘電体カバーが、前記誘導体カバーを通して下層の半導体表面を露出する選択された開口部を備える表面に沿って前記半導体シートに取り付けられ、そして前記放射する工程が、選択されたウィンドウに対応する箇所でなされ、前記選択されたウィンドウに対応する箇所でドープ電極を形成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記放射された積層物の残部を除去するための放射の後に、前記半導体シートを洗浄する工程を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記インクが、１ミクロン以下の二次粒子の大きさを有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記インクが、０．１ｍＰａ・ｓから１００ｍＰａ・ｓの粘度を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドープ・アイランドが、前記半導体シートの表面から１００ナノメートル内に９５原子パーセントのドーパントを備えるドーパント断面を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力電池セル、光起電モジュール及びこれらの装置を製造するための方法に関する。いくつかの実施形態において、本発明は裏面で接続される光起電力電池セル及びこれらに対応するモジュールに関しており、シリコン／ゲルマニウム半導体材料の薄膜も含まれる。更に、本発明は、裏面接続を構成するための効率的な加工工程に関する。更なる実施形態において、本発明は、加工パラメータが半導体特性の測定値に基づいて動的に選ばれる光起電力素子の形成に関する。
【０００２】
多結晶シリコン等の結晶シリコンの薄箔の形成は、２００７年３月１３日に出願された同時継続中の米国特許出願第１１／７１７，６０５号（「Ｔｈｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｒ  Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｓｈｅｅｔｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏ  ｖｏ  ｌｔａｉｃｓ  Ｆｏｒｍｅｄ  Ｆｒｏｍ  Ｔｈｉｎ  Ｓｈｅｅｔｓ」（ヒエルスマー他））、及び２００８年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／０６２３９８号（「Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｎｔｏ  ａ  Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｏｉｌｓ」（ヒエルスマー他））に更に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。シリコンの薄箔は、光反応性積層（ｌｉｇｈｔ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれる光によってドライブされる積層（ｌｉｇｈｔ  ｄｒｉｖｅｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理を用いて形成することができる。光反応性積層は同時継続中の米国特許出願第０９／７１５９３５号（「Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｙ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」（ビ他））、公開番号第２００３／０２２８４１５Ａ号（「Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｙ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」（ビ他））、及び公開番号第２００６／０１３４３４７Ａ号（「Ｄｅｎｓｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｙ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」（チルボル他））に更に記載されており、本明細書に組み込まれたものとする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光起電力電池セル（例えば太陽電池セル）の形成において様々な技術を利用することができる。大半の商業的な光起電力電池セルはシリコンを主としている。再生不可能なエネルギー源の値段が上がり続ける中、代替エネルギー源に対してはたゆまない関心が向けられている。代替エネルギー源の更なる商業化は、エネルギー単位当たりの価格を下げることによる費用効果の上昇に大きく依存しており、これは、エネルギー源の効率を増加し、及び／又は、材料及び製造工程においてコストを削減することによって成し遂げられる。
【０００４】
光起電力電池セルは、電子正孔対を形成するために光吸収によって作動する。生じた電荷分離による光を吸収するために半導体材料を好適に用いることができる。電子及び正孔は電圧差によって得られ、直接に、又は適当なエネルギー蓄積装置による蓄積の後に、外部回路において利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様において、本発明は、透明な前面シートと、前面及びこれに対向する裏面を有する半導体層と、この半導体層の裏面から延びる複数のｐドープ・アイランド及び複数のｎドープ・アイランドと、少なくとも二つの電気相互接続と、を含む太陽電池セルに関する。この半導体層はその前面を透明な前面シートに向けて固定されている。一般的に、一方の電気相互接続が複数のｐドープ・アイランド間に電気接続を提供し、他方の電気相互接続が複数のｎドープ・アイランド間に電気接続を提供している。
【０００６】
別の態様において、本発明は、ドーピングされた半導体構造体を形成するための方法であって、半導体シートの表面に複数の積層物を印刷する工程を含んでおり、前記積層物のいくつかはｐドーパントを含み、他の積層物はｎドーパントを含む、方法に関する。一般的に、誘電体カバーが、この誘導体カバーを貫通して下層の半導体表面を露出する選択された開口部を備える表面に沿って前記半導体シートに取り付けられている。前記印刷工程は、前記開口部を通してなされる。
【０００７】
更なる態様において、本発明は、ドーピングされた半導体構造体を形成するための方法であって、ドーパントを含む第１の層を半導体シートの表面上へ放射する工程を含んでおり、誘電体カバーが、この誘導体カバーを通して下層の半導体表面を露出する選択された開口部を備える表面に沿って前記半導体シートに取り付けられる方法に関する。この放射する工程は、選択されたウィンドウに対応する箇所でなされ、前記放射された箇所でドープ電極を形成するようになされる。
【０００８】
更なる態様において、本発明は、ドーピングされる半導体構造体に沿ってドーパントを選択的に積層する方法に関する。この方法は、ｐドープされたシリカ／ゲルマニウム粒子を含む第１のインクと、ｎドープされたシリコン／ゲルマニウム粒子を含む第２のインクとをシリコン／ゲルマニウム基板上にインクジェット印刷する工程を含んでいる。一般的に、各インクの前記シリカ／ゲルマニウム粒子は、一次粒子の平均粒径が約１００ナノメートル以下であって、各インクが約０．１から約５０重量パーセントの濃度でシリカ／ゲルマニウム粒子を有する。
【０００９】
更に、本発明は、透明な前面シート及び太陽電池セルを含む光起電モジュールであって、前記透明な前面シートに面する前面を有して前記透明な前面に沿って固定される半導体層と、この半導体層の裏面に接着される後部誘電層と、この後部誘電層を貫通する開口部内に位置するドープ領域と、複数のｐドープ領域を電気的に接続する第１の電気相互接続及び複数のｎドープ領域を電気的に接続する第２の電気相互接続と、を含んでおり、前記電気相互接続は前記開口部内に延びる、光起電モジュールに関する。
【００１０】
更なる態様において、本発明は、透明な基板と、この透明な基板に接着された複数の直列接続された太陽電池セルと、を含む光起電モジュールに関する。いくつかの実施形態において、少なくとも二つのセルの面積が互いに相違しており、このセルの面積における相違によって、この光起電モジュールのセルと同一の光変換効率を有する同一の面積の複数のセルに比べて、個々のセルの電流出力がよりよく整合される。
【００１１】
更に、本発明は、光を受けるように構成された前面及びこの前面に対向する裏面を有する半導体シートと、前記裏面に沿って配置されたｐドープ領域及びｎドープ領域と、前記ｐドープ領域間と前記ｎドープ領域間にそれぞれ電気接続を提供する二つの電気相互接続と、を含む太陽電池セルに関する。いくつかの実施形態において、ｐドープ領域及びｎドープ領域が前記裏面に沿って非対称的に配置される。
【００１２】
他の態様において、本発明は、光起電モジュール内の個々の光起電セルとして使用するために半導体シートを細分するための方法に関する。この方法は、前記半導体シートに沿った測定値に基づき前記半導体シートを不均一な面積の複数の小区分にカットする工程を含んでいる。この測定値は、前記半導体材料の測定された位置の面積で生成されると予期される電流に相関する。
【００１３】
加えて、本発明は、太陽電池を製造する方法であって、半導体層の性能測定値に基づき、この半導体層に非対称的にドーパントを積層する工程を含む方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
効率的な光起電性構造体は、セル面積全体に亘って電子正孔対を効率的に得るために裏面電極を伴って効率的に形成される。いくつかの実施形態では、ドープ電極は、誘電体層内での開口部もしくは孔を通しての積層によって形成される。本明細書において記載される加工は、裏面電極を有する複数の太陽電池セルの形成のための効率的な方法を提供することができ、これらのセルが光起電モジュール内で互いに電気的に接続される。これらの改良方法は半導体薄箔の加工に適しているが、これらの方法はより厚い半導体層の加工にも適応可能である。いくつかの改良された処理は、複数のセルをモジュールレベルで同時に加工するのに特に適している。本明細書におけるドーピング方法は、半導体基板から光電流を得るための光起電性電極を一部形成するドーパント構造体の形成に特に適している。
【００１５】
光起電モジュールの形成のために本明細書において記載される動的加工方法は、より効率的な太陽電池セルと、これに対応して、既定の量の材料でより高い電力をモジュール内で生成する光起電モジュールを提供することができる。特に詳細には、光起電モジュールは、シート全体に亘って期待される性能特性を緻密に設計するために測定することができる、半導体材料のより大きなシートから形成することができる。半導体材料の期待される性能特性の測定は、半導体の動的加工の基礎となる。
【００１６】
本明細書において記載されているドーピングの方法は、実時間でのドーパントの配置位置を選択するのに適している。半導体材料の検査及び実時間でのドーパント積層を通して、モジュールの全体の発電を改善することができるように個々のセルが同様の電流を生成するように個々のセルの大きさ及び位置が選択される。これらの電力改善方法は、様々な半導体材料を用いる太陽電池セルのいずれにも一般的に用いることができる。
【００１７】
一般的に、光起電モジュールは、モジュールの使用中に太陽光に露出される透明な前面シートを備える。光起電モジュール内の太陽電池セルすなわち光起電力電池セルは、透明な前面シートを通して透過される光を太陽電池セル内の半導体材料が吸収することができるようにこの透明な前面シートに隣接して配置することができる。この透明な前面シートは、支持体として機能し、物理的な保護及び環境汚染物質からの保護等を提供することができる。一般的に、光起電力電池セルは、モジュールにおいて利用可能な電圧を増加するために直列に接続されている。光起電モジュールは、直列に接続される複数組のセルと共に、並列に接続された複数組の光起電力電池セルを備えていてもよい。光起電力電池セルの活物質は一般的に半導体である。光吸収の後、光電流を伝導帯から得て、外部回路への接続を通じて利用することができる。光起電力電池セルの性能が改善されることにより、所与の光流束量のためのエネルギー変換効率の増加及び／又はセルの製造コストの減少に繋がる。
【００１８】
半導体材料と界面接続しているドープ電極領域は光電流の獲得を促進する。特に、電子及びホール（正孔）は、それぞれのｎ＋ドープ領域及びｐ＋ドープ領域内で分離することができる。ドープ電極領域は、電気導体と界面接触しており、コレクタを形成し、光を吸収することによって生じた光電流を得て、電極の２極間の電位を生じる。単一セル内で同じ極性のドープ電極領域は、ドープ電極の異なる極性の２つのコレクタが光起電力電池セルの対極を形成するように、共通するコレクタに接続している。
【００１９】
電圧は直列に接続された太陽電池セルを足したものである一方、直流の一連のセルの電流は個々の太陽電池の性能次第である。特に詳細には、直列の一連のセルを通る電流は本質的に、最も電流伝導が低い太陽電池セルの電流能力になってしまう。なぜなら、最も弱い太陽電池セルは、共通する光レベルにおいて高い電流を保持することができないからである。より高性能なセルから得ることができる電力は、性能のより低いセルを通して電流を流そうと試みることによって失われる。直列接続された太陽電池セルからの電力は、電流掛けるユニットの電圧である。セルの電流は担体寿命の関数（光吸収の際に伝導帯から電流を集める効率と関連している）である。一般的に、セルの効率は、セルの設計（例えば、セルのｐ＋ドープ領域及びｎ＋ドープ領域への分割や、ドープ領域の配置）と関連している。
【００２０】
いくつかの実施形態では、個別のセルの大きさは、光起電力電池セル内に形成された半導体材料の測定された特性に基づいて寸法決めをすることができる。このように、モジュール用の一群のセルは、同じ大きさにカットされたセルと比較して、セル間での電流に対する性能の相違が非常に小さくなるように選択することができる。このセル面積の選択は、シートの面積を効率的かつ適正に分割することができるように個々のセルがより大きなシートから分割されるかカットされる場合に、特に好都合となり得る。特に、半導体シートは、半導体の表面に沿って選択された位置における少数担体寿命（性能の主要な決定要素）を推定するために評価することができる。更に、ドーパントの積層、ならびにドーピングされる個々の電極の大きさ及び／又はドーパントレベルは、半導体特性に関する測定値に基づいて、必要に応じて選択することもできる。インクジェット式の方法は、ドープ電極領域の加工に柔軟性を与える。具体的には、ドーピング方法は、個々の半導体シートのために直接的な方法で動的に調整することができる。一般的に、半導体特性の測定は、ｐドープされる電極及び／又はｎドープされる電極の形成の前もしくは後に実行されることができるが、ドーパント電極の配置は、測定がドーパント積層の前に行われた場合、動的に行うこともできる。これらの評価は、半導体材料の全面積を、ほぼ等しい電流を生成する互いに異なる大きさのセルに分割するための基礎にすることができる。セルの大きさは、静的な方法によって選択されるのではなく、むしろ動的な方法によって実時間計測に基づいて選択することができる。複数にカットされたセルは、単一の光起電モジュール、複数のモジュール又はモジュールの一部に組み立てることができる。
【００２１】
セル内のドーパント電極領域の配置はセルの性能に影響する。特に詳細には、ｎ＋ドープ領域に対するｐ＋ドープ領域の間隔及びドープ領域の大きさがセル性能に影響し得る。同様に、異なってドープ電極領域（すなわちｐ＋ドープ領域及びｎ＋ドープ領域）に帰する面積は電池性能に影響する。このように、ｎ＋ドープ領域及びｐ＋ドープ領域の数及び／又は配置位置及び／又は大きさは、個々のセルの電流の電効率を改良するように選択することができる。個々のセル内のドープ電極領域の数及び／又は配置位置及び／又は大きさを選択する能力は、所望のドーパント位置の動的評価に基づいて実時間的にドーパントを選択的に積層する能力に基づく。実時間評価を用いて、個々のセルが静的ではなくむしろ動的に設計することができる（太陽電池セルの全体の大きさの動的選択に替わるもの又は付加的なものとして）。一般的に、加工方法は少なくとも利用可能な範囲内ではドープ領域の配置位置及び大きさに影響することもできる。
【００２２】
一般的に、本細書において記載されている動的な加工方法は、あらゆる種類の半導体材料（例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、ＣＩＳ合金等）を基礎とする光起電性の構造体に適用することができる。ＣＩＳ合金は、一般的にＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳを含むカルコゲナイド合金を指す。半導体シートは電荷移動度を増加させるために一般的にドーピングすることができるが、半導体層全体に亘るドーパントレベルがこれに対応するドープ電極のドーパントレベルより低い。多結晶シリコンを基礎とする特に注目される実施形態が以下に更に詳細に述べられるが、本明細書における開示に基づいて他の半導体系にも一般化することができる。
【００２３】
特に注目される実施形態において、光起電モジュールには、半導体シートのために使用される、シリコン、ゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム合金材料が含まれる。説明を簡単にするために、本明細書中「シリコン」とは特に明示がない限りシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム合金及びこれらの混合物を意味する。特許請求の範囲において、シリコン／ゲルマニウムは、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム合金及びこれらの混合物を指す。半導体シートは、電荷移動度を増加させるために一般的にドーピングすることができるが、半導体層全体に亘るドーパントレベルはこれに対応するドープ電極のドーパントレベルより少ない。多結晶シリコンを基礎とする実施形態が以下に更に詳細に述べられるが、本明細書における開示に基づいて他の半導体系にも一般化することができる。更に、約５ミクロンから約１００ミクロンの厚みを有する薄膜シリコン箔は本明細書記載の加工方法に適している。これらの薄箔の形成は、革新的な加工方法の結果、可能になる。
【００２４】
犠牲剥離層を用いて形成された半導体薄膜を用いることによって、露出された表面は、洗浄、テクスチャ付け、及び／又は加工することができ、次に、この薄膜は、下にある基板から分離することができ、透明な前面シート上に直接配置することができる。いくつかの実施形態では、後にこの半導体層は透明な前面シート上に固定され、複数のセルにカットされる。その後、カットされた光起電力電池セルの前面は、セルを移動する必要無く透明な前面シート上のその最終的な位置に配置される。透明な前面シート上に配置されたセルの半導体構造体において、付加的な加工は、このセルが完成されてモジュール内に一体化されるまで、セルの裏側で行うことができる。
【００２５】
金属もしくは他の導電性材料が、セル内のコレクタとして、ドーピングされた半導体領域に接続される。隣接するセルのコレクタは、直列にセルを接続するために、電気接続を伴って連結することができる。直列に配置された一連のセルのうち端部のセル（端部セル）は、選ばれた用途のために電力を供給するか又は蓄電装置（例えば充電式電池等）に充電するために、外部回路に接続することができる。光起電モジュールは、適当なフレーム（枠）に載置することができる。
【００２６】
一般に、光起電力電池セルは、光を受けるために設計された前面を有する光伝導半導体構造体を備える。この前面は、反射防止コーティング及び／又はテクスチャ等を有していてもよい。一般的に、この前面は、太陽電池モジュール内で透明層（例えばシリカ・ガラス層）に隣接して配置されるように設計される。セルの裏面は、透明な前面シートとは反対の向きに配置されており、一般的に、電気接続をセルに提供する。モジュールは、一般に裏面シールを備えていてもよく、この裏面シールは前面透明材料及び／又はフレームと共に機能することができ、湿気及び他の環境汚染物質から光起電モジュール内の太陽電池セルを保護する。適切な電気的接続配線が密封されたモジュールから延びる。
【００２７】
様々な電極構造体が光起電力電池セルのために設計されている。例えばドープ領域はセルの前面に配置することができる。一般的に、前面に配置された任意のドープ領域は、コレクタと電気的に接続するために必要であって、このコレクタは、直列接続のために隣接するセルの対極の電極を接続するため、又は外部の回路に接続するために延びる。いくつかのセルは、前面上に１種類のドープ領域と、裏面上に第２の種類のドープ領域とを有する。本明細書において特に注目される実施形態において、各セルは、このセルの裏面もしくは背部に沿って対極の両方のドープ領域を有する。前面が透明な前面シート上に支持され、裏面上に対極の両方のドープ領域が配置される。これは好都合な加工である。太陽電池セルが裏面で接続されているため、その前面に光が半導体材料に照射する経路を干渉し得る構造体を配置する必要がない。
【００２８】
半導体ドープ領域は、半導体材料に沿ったドープ領域として形成することができ、ドープ領域は半導体材料内に延び、及び／又は半導体材料の表面から延びる。Ｐ＋ドープ領域は、一般的に電子が不足しているドーパント（例えばＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ又はこれらの組み合わせ）を含む。Ｎ＋ドープ領域は、一般的に電子が多いドーパント（例えばＰ、Ａｓ、Ｓｂ又はこれらの組み合わせ）を含む。ｐ＋ドープ領域はセルのアノード（エミッタ）を形成し、ｎ＋ドープ領域はセルのカソード（コレクタ）を形成する。いくつかの実施形態では、セルの裏側は、複数のｐ＋ドープ領域及び複数のｎ＋ドープ領域を有する。
【００２９】
導電体素子は、モジュールにおいて、１つのセルの複数のエミッタ（アノード）を別のセルのコレクタ（カソード）と接続し、一組の直列接続されたセルを形成する。直列配列における端部セルのコレクタは、セルの使用中、外部回路に接続されている。
【００３０】
いくつかの実施形態では、半導体材料の前面及び／又は裏面は、電気絶縁性である保護層を含んでいてもよい。保護層を形成する適当な材料は、水素添加物の有無にかかわらず、例えば、化学量論的及び非化学量論的酸化ケイ素、窒化ケイ素及びオキシ窒化ケイ素を含む。具体的には、保護層は、例えば、ＳｉＮｘＯｙ、ｘ≦４／３及びｙ≦２（酸化ケイ素（ＳｉＯ２）窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）シリコンの包含量が多い酸化物（ＳｉＯｘ，ｘ≦２）又はシリコンの包含量が多いニトリド（ＳｉＮｘ，ｘ≦４／３））を含む。これらの保護層は、半導体材料を環境劣化から保護し、ホールと電子の表面再結合を減少させ、前面に反射防止特性を提供する。後述するように、保護層を通してドーパント材料を分配する工程が記載される。
【００３１】
本明細書において記載されている動的なモジュール及びセルの加工のために、実時間測定が、半導体材料に沿って異なる物理的位置で性能特性（例えば担体寿命）を推定するために用いることができる。この測定は、例えば、非破壊光学的技術を使用してなされることができ、この技術は、比較的大きなシートにおける半導体材料の迅速な推定を提供することができる。光学測定は選択した解像度でなされることができ、更なる外挿内挿は直接測定を補足することができる。次に、測定値は、電流性能を整合することによってセル及びモジュールの効率を改善するためにセルの大きさ及び／又はドーパント配置を選択するのに使用することができる。これらの測定値を利用し、半導体をカット（切断）するため及び／又は半導体に沿ってドーパントを配置するための効率的な技術を測定値に基づいて実時間で調節可能な手順において行うことができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、複数の太陽電池セルは、半導体材料の大きなシートからカットされる。一般的に、任意の適切なカット方法を用いることができる。例えば、機械的切断、流体噴流切削又は放射線によるカットがこの大きなシートをカットするために用いられる。いくつかの実施形態では、例えばレーザーを伴う放射線によるカットは、個々のセルを形成するために鋭い（シャープな）分割をなすのに効果的に使用することができる。半導体シートは、カット処理の間、基板上で支持されることができる。特に、半導体が薄箔である実施形態において、その取扱いにおいてカット部分が損傷を受けずに済むように、半導体シートを支持することが望ましい。
【００３３】
カットされた部分（セグメント）は、太陽電池モジュール内での配置に関して再配置ができてもできなくてもよい。すなわち、実施態様によっては、半導体シートは、光起電モジュールもしくはこのモジュールの選択されたセグメントのために半導体構造体を提供するために選択され、次にこの半導体シートはカット加工によって個々のセルに更に分割される。例えばこの半導体シート又は複数の半導体シートは、カットのためにモジュールの透明な前面シートに固定され、これにより透明な前面シート上の半導体材料の位置を変えることなく完全なモジュールに更に加工するために適切に配置されるようにする。別の実施形態では、単一のシートからカットされた半導体のセグメントを、複数のモジュールに別々に組み立てることができ、例えば、複数のセグメントの一部を第１のモジュールに組立て、複数のセグメントの別の一部を第２のモジュールに組み立てることができる。更なる実施形態において、カットされたセグメントは、一又は複数の他の半導体シートからカットされたセグメントと共に単一のモジュールに組み立てられ、また、これらのカットされたセグメントは、複数のモジュールに組み立てるために他の半導体シートからカットされるセグメントと結合することができる。
【００３４】
一般的に、任意の適切な工程において、ドープ電極を形成するためにドーパントを半導体材料に加えることができる。例えば、ドーパント元素を含む液体組成物を、半導体へ組み込むために積層（ｄｅｐｏｓｉｔ）することができる。あるいは、シリコン基板に転写するために、ドーピングされた酸化ケイ素粒子からドーパントを得るための方法が記載される。更なる実施形態において、ドーピングされたケイ素粒子は、半導体シートにおいてドーピングされたシリコン領域を形成するために用いることができる。これらの方法は、薄膜シリコン／ゲルマニウム箔にドーピングするための印刷方法に関連して更に下記に記載される。
【００３５】
光起電力電池セルのためのドーパントの積層のために解像度は一般的にミクロン・スケールの解像度であって、よって中程度といえるが、現在の集積回路要素よりも更に小さいスケールではない。このように、インクジェット式印刷もしくは他の印刷方法等は、セルに沿って（例えばセルの裏面又は背部に沿って）選択された位置で液体ドーパント組成物生物を積層するために好都合であって、これによって後にそれぞれのｎ＋ドープ領域及びｐ＋ドープ領域を形成するためにドーパント原子が提供される。従来のインクジェット式のヘッドがこの使用目的に適する一方、特定の用途のために再設計された印刷ヘッドも選択された位置でリザーバから所望の量の液体を運ぶのに同様に用いることができる。印刷法に加えて、ドーパントを含むドーパントの層を積層することができ、レーザー又は他の放射線ビームが用いて、選択された位置でドーパントを固定してその位置でドープ電極を形成することができる。この層を形成するためにインクを用いることができる。
【００３６】
一般的に、インクの形態であるドーパント原子を分配することに適している任意の組成物をインクに組み込むことができる。ドーパントインクは、所望のドーパント素子を供給する液体組成物として広く認識されている。特に詳細には、比較的高い濃度で分散するナノ・スケール粒子を、ドーパントインクにおいて用いることができる。ドーパントインクは、所望のドーパントを所望の濃度で送るために、選択された組成物を有する粒子を含むことができる。例えば、高濃度にドーピングされたシリカ粒子及び／又はケイ素粒子は、シリコンを主成分とする半導体シートにおいて多大な汚染物質を導入することなくドーパントを提供することができる。他の実施態様において、ドーパントインクは非粒状ドーパント組成物を含むことできる。
【００３７】
インクジェット式の方法は、ドープ電極領域の加工に多大な柔軟性を与える。具体的には、ドーピング方法は個々の半導体シートのために直接的な方法で動的に調整することができる。このように、個々の半導体シートのための測定値に基づいて、ドープ領域の位置を選択することができる。上記のように、個々のセルの大きさは、半導体シートの表面全体に亘る半導体特性に基づいて選択することができる。セルの大きさが半導体測定値に基づいて選択される場合、このセルの選択された大きさに基づいて、ドープ領域は個々のセルの大きさ及び形状の範囲内に適合するように選択されることができる。更に、セルの大きさが動的に選択されない場合であっても（すなわち、セルが互いに同じ大きさに形成されても）、ドーパントの配置位置は半導体の測定に基づいて選択することができる。同様に、ドーパント配置位置ならびに、個々のドープ電極の大きさ及び／又はドーパントレベルは、半導体特性に関する測定値に基づいて、必要に応じて選択することもできる。本明細書において記載されている積層方法を用いて、ドーパントインク又は他のドーパント剤は、迅速かつ効率的な処理のために実時間で選択された位置で印刷又は積層される。
【００３８】
一般的に、インクは粒子を分散するために適当な液体を含むことができる。一般的に、金属酸化物及びメタロイド酸化物粒子を分散させるための適当な液体は、水、アルコール類、他の有機溶剤ならびにこれらの混合物を含むことができる。ケイ素粒子を分散させる他の液体は下記に記載される。この分散は、低濃度から約５０重量パーセント以上の濃度を有することができる。十分に分散された粒子は、適度に小さい二次粒子の大きさを有しており、この粒子が分散においてあまり凝集されないことを示す。
【００３９】
適切な実施形態において、インクを形成するためのドーピングされる粒子は、任意の適切な方法（例えば炎熱分解、溶液による方法等）によって合成することができる。しかしながら、例えば、高濃度にドーピングされた粒子は、例えばレーザー熱分解を使用して、望ましい特性を備えて生成されるのであって、これは選択可能なドーパントを備える極めて均一なサブミクロン粒子の合成のための好都合かつ汎用的な方法である。特に、反応原系ストリームの組成物及び加工条件を適切に選択することによって、所望の金属／メタロイド組成物ストイキオメトリを任意に組み込んだサブミクロン粒子を形成することができる。ドーピングされた粒子の範囲が適切なものであることが重要であるが、ドーピングされたサブミクロン粒子、又は平均一次粒径が約５００ナノメートルのナノミクロン粒子が、好適な分散をなすために望ましい。いくつかの実施形態では、ドーピングされた粒子は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、もしくはこれらの組み合わせ、これらの合金又はこれらの混合物を含む。ドーピングされた粒子は、粒子分散を安定させるために、関連する組成物で表面修飾されてもよい。一般的に、半導体基板上の選択されたドーパント箇所においてドーパントを配置するために、加工方法を任意に適切に組み合わせて用いることができる。
【００４０】
最終的なセル構造体は、透明な表面シート、半導体シート、コレクタ及びドープ領域に加えて、他の層を含むことができる。この付加的な層には、例えば、接着剤層、誘電層、反射防止層、保護層などが含まれる。一般的な方法は、ドーパント及び接触（電極）構造体の一般的な配置に関して以下で更に記載される。しかしながら、より詳細な説明は、シリコン箔半導体に関する特定の実施形態のために提供されるものであって、そこではドーパントが裏面に沿って積層され、これに対応して全ての電極がセルの裏面に沿って配置される。
【００４１】
いくつかの実施形態では、裏面電極太陽電池セルの形成のために、半導体層においてドープ電極を供給する前に半導体の裏面上に保護誘電層を積層することにより効果的な加工がなされる。その後、保護層の一部は、ドーパントとの接続を可能にするために半導体表面を露出させるために、除去することができる。開口部／孔は、例えばレーザー等を用いて保護層を貫通するように設けることができるが、機械式ドリル又はエッチングといった他の方法もこれに替わることができるか又は付加的な方法となり得る。レーザードリル又は他の方法は、半導体の表面を著しく損傷することなく半導体の表面を露出させるために制御されることができる。孔の大きさ、孔の数及び／又は孔の配置（位置）は、ドーピング及びセルの所望の性能を生み出すように選択されることができる。
【００４２】
一般的に、個々のセル全体に反極性の複数のドーパント箇所がある。個々のセルの大きさを動的に選択する場合、それぞれのセルの大きさはドープ電極の数及び配置位置に直接影響する。更に、ドープ領域の配置位置は、それぞれのセル全体の半導体特性の測定値に基づくことができ、これにより、ｎ＋形ドープ電極及びｐ＋ドープ電極に関する性能のバランスが保たれ、セルの電流出力をドープ電極の純粋に幾何学的な配置によって改善することを可能にする。適切な方法がコレクタを形成するために利用できるのであれば、高効率に電流を得るためにドーパント配置位置を選択することができる。このように、ドープ電極の配置位置は、コレクタの配置のための選択された方法に基づいてなされるコレクタの適切な配置にも関わる。加工工程の調整に関して、保護層を貫通する孔の配置位置は、半導体表面に沿ったドープ領域の配置の選択されたパターンに基づいてもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態では、パターン化された積層構造体が、所望のコレクタ構成を形成するために用いられる。リソグラフィやフォトリソグラフィ等の使用は、積層したコレクタ構造体を形成するのに適合する。しかしながら、印刷による方法もコレクタを形成するために用いてもよく、これは、効率的かつ迅速な加工方法に適合し、ドーパント箇所の動的な選択にも適合する。一般的に、ドープ領域を多数使用することが望ましく、それは、ｐドープ領域及びｎドープ領域の隣接するドープ領域までの距離をより短くできるためである。隣接するドープ領域が互いから近くにある場合、光電流をより効果的に集めることができる。
【００４４】
ドーパントインクが半導体表面に沿った選択位置に積層された後、ドーパントはドープ電極を形成するために更に処理することができる。ドーパント組成物及びドーピングされた酸化ケイ素粒子において、一般的にこれらのドーパントは積層された箇所で半導体材料の層の中にドライブされ（例えばドーパントを起動するためにオーブンで基板を加熱することによって）、半導体材料内に移動される。ドーパント原子の拡散は、時間及び拡散条件に依る。一般的に、オーブンによる方法は、比較的遅く、半導体内で所望のドーパントレベルを得るために半導体材料内に比較的深くトーパントをドライブする傾向がある。
【００４５】
あるいは、もしくは更なる方法として、強度の光源を用いて半導体内にドーパントをドライブすることができる。例えば、レーザー光線が、表面上に律動的に送られ、表面に沿って非常に薄い層を溶かして、浅いドープ領域を形成するが、深いドープ領域もいくつかの実施形態において使用することができる。特に詳細には、レーザーは、表面でドーパントを処理するために比較的大きな領域上に強力パルスを与えることができる。一般的に、適切なレーザーは、赤外線から紫外線に亘る波長を備える光を発することができる。レーザーのパルシング（ｐｕｌｓｉｎｇ）は、表面にドーパントドライブの所望のレベルを達成するために繰り返すことができる。ドーパント原子を提供するために酸化ケイ素粒子が用いられる場合、このドーパントが半導体内に打ち込まれた後、ドーパントインクからの粒子の残りを適当なエッチング工程によって表面から除去することができる。いくつかの実施形態では、これは保護層を除去することなく行われる。
【００４６】
ドーパント原子をドープ領域に分配するためにケイ素粒子を用いる実施形態において、このケイ素粒子は、ドープ領域を直接形成する箇所で溶解することができる。この溶解工程の間、いくらかのドーパントは下にあるシリコンシート内に拡散することができ、またいくらかのドーパントはこれに拡散することができない。このように、結果として生じるドープ電極領域は、半導体シート上及び／又は半導体シートの表面の中に、薄い島状の形態（アイランド）となることができる。いずれの場合にも、光電流を効果的に集めることができ、なぜなら、半導体シート上に形成された薄いドープ電極は、半導体シート中に形成された電極と同様に動作することができるからである。
【００４７】
一旦ｐ＋ドープ領域及びｎ＋ドープ領域が適当なドーピングで形成されると、同様の極性のドープ領域はそれぞれのコレクタに接続される。適切な実施形態において、保護層を貫通する孔は、ドープ領域に電気接続を形成するために用いられる。様々な方法が、コレクタ材料を積層させるために用いられることができる。例えば、コレクタは、適当な位置で積層される（例えばインクジェット式又はスクリーン印刷で）銀インクを用いて形成されることができる。適当な商業的に入手可能な銀インクは、例えば、高伝導性の銀インクであるＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ（商標登録）ブランド及び、メテック、エルバーソン、ＰＡの伝導性の銀インク２５１２を含む。あるいはもしくは加えて、物理蒸着法等が、コレクタ材料を積層させるために用いることができる。コレクタ材料の積層の後、この構造体は、適当であればこのコレクタを架橋し、溶解し及び／又は焼きなますために加熱されてもよい。いくつかの実施形態では、シード層はコレクタのために積層することができ、コレクタの形成を完全なものにするために電気化学析出が用いられる。
【００４８】
一般的に、コレクタは、隣接するセルを直列に結合させるために連結される。この目的を達成するために、コレクタ材料は、電抵抗性のブリッジ等の上で複数のセルを連結するために延びる形態に積層することができ、また、付加的な配線等を、隣接するセルのコレクタを連結するために用いることができる。接着剤及び／又は支持材が、裏面を保護し、かつ扱いを容易にするためにセルの裏面上に配置することができる。具体的には、支持体（例えばポリマーシート）は、モジュールの裏面全体及び／又は側部全体上に配置することができる。セルモジュールは、支持材等の配置の前又は後に適当なフレーム内に配置することができる。陽極及び陰極のための導線がモジュール完成後、外部回路への接続のために利用可能であるが、配送及び／又は保管のために導線は覆われるか又は保護される。
【００４９】
本明細書において記載されている裏面半導体ドープ領域構造体は、改良された加工方法によく適しており、更に、セル構造体を形成するために用いることができる薄い半導体基板上に配置するためにもよく適している。一般的に、薄い半導体層は処理中は基板上に支持されている。裏面のドープ領域に対するこの加工方法は、薄い半導体材料の移動の必要を減らし、加工工程を減らすと共に、この薄い半導体構造体の損傷の可能性を減らす。
【００５０】
実時間での太陽電池セル及びこれに対応するモジュールを動的に加工する能力によって、所与の量の材料を用いるモジュール性能を改良し、発電ユニットあたりの平均コストを改善すなわち減少させる。それに対応して、モジュールの均一性も改善することができ、なぜなら、モジュールが平均的な半導体シートの仕様により近く作動するように半導体シート内の差異がセル加工において考慮されるためである。よって、加工の一工程を減らすことができる。一般的に、適切なドーピング方法は、ドーパント配置のための好都合な実時間プログラミングを行い、これにより半導体測定値に基づくセルの大きさの調整によってモジュール性能が更に改善され、可能性としては個々のセルの性能も改善することができる。いくつかの実施形態においては、好都合な加工方法は、比較的早い段階でセルと透明な前面シートを結合させる工程を含み、その後更なる工程がセルの裏面に沿って行われる。
【００５１】
モジュール及びセル構造体
一般的に、光起電モジュールは、透明な前面シートと、保護支持体層と、これらの透明な前面シートと保護支持体層との間の太陽電池セルと、を有する。一般的に、太陽電池モジュール内で複数の太陽電池セルが直列に連結されている。光起電力電池セルの半導体構造はシリコン箔であり得るが、本明細書に記載の加工方法は他の半導体材料及び他の形式にも適用可能である。各セルは、セルの二つの極性を有するコレクタのための電極を形成するための複数のドープ領域を一般的に有する。一般的に、太陽電池セルは裏面電極であってもよいが、他の電極構造も他の実施形態において採用可能である。本明細書に記載される構造体からは高いセル性能が期待される。
【００５２】
光起電モジュールの概略図は図１に示されている。光起電モジュール１００は、透明な前面シート１０２と、保護支持体層１０４と、保護シール１０６と、複数の光起電力電池セル１０８と、端末１１０、１１２とを含むことができる。断面図は図２に示されている。この透明な前面シート１０２は、適当な日光波長を透過し、かつ湿気といった外環境からの攻撃に対して適切なバリアを提供するために、シリカガラスのシートや他の適当な物質であってもよい。モジュール構成要素のための適当な材料は、以下により詳細に記載される。支持体層１０４は、適当なコストでモジュールの保護を与え、適切な取扱いができる任意の適当な材料でよい。支持体層１０４は透明である必要はなく、いくつかの実施形態では反射性であってもよく、半導体によって伝導された光をこの半導体層を介して反射し、反射光の一部が吸収されるようにしてもよい。保護シール１０６は、保護シート１０２と保護支持体層１０４との間のシールを形成することができる。いくつかの実施形態では、単一の材料（例えばヒートシール可能なポリマー薄膜）が、支持体層１０４及びシール１０６を単一構造として形成するために用いることができる。
【００５３】
太陽光線が光起電力電池セルの半導体材料に届くように、太陽電池セル１０８が透明な前面シート１０２の前面に配置される。太陽電池セルは、コレクタ１２０、伝導性の導線等を使用して電気的に直列に接続される。直列に配置されたセルのうち端部のセル（端部セル）は、モジュールを外部回路に接続するための端末１１０、１１２にそれぞれ接続することができる。いくつかの実施形態では、いくつかの太陽電池セルは、電流を増加させて電圧の増加を相殺するために並列に接続することができ、及び／又は、光起電力電池セルに直列接続された複数組は、セルの各列が適切な量の電圧を発生させる場合に、大きなモジュールに連結される別の端末に接続することができる。更に、各光起電力電池セルの平均的な大きさは、所望のモジュール特性をなすように調整することができる。例えば、直列に接続されたより大きなセルをより少なく備えるモジュールの形成は、同じモジュールの実装面積において、より多くのより小さいセルに比してより低い電圧で比較的より大きな量の電流を発生させる。一連のセルからの電圧は、個々の直列接続したセルの個々の電圧を足すことで決定される。
【００５４】
一般的に、特定の目的の用途によって、モジュールの大きさの選択に影響する。例えば、可能性のある用途は、住宅用のソーラパネルのための小さな個々の外部光から、商業・工業規模の発電施設・設備のためのパネルに亘る。適切なモジュールの大きさは、例えば、４平方センチメートル（ｃｍ２）以下のものから数平方メートル以上のものまで可能である。一旦モジュールのための全体の大きさが選択されると、個々のセルの平均的な大きさは電流対電圧のバランスをとるように選択することができ、更には加工方法及び材料も検討して選択される。本明細書における加工方法は、これらの選択された実施形態（対応する適当な機器設計を備える）のいずれにも適する。いくつかの実施形態では、このモジュールは少なくとも１０個の電池を含み、更なる実施形態では少なくとも２０個の電池を含み、更に他の実施形態では約２４個の電池から約２００個の電池を含む。当業者は、電池の数に関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。
【００５５】
光起電モジュール１３０の実施形態の底面図は、支持体層を除去した状態で図３に示されている。この実施形態において、異なる面積を有する複数の光起電力電池セル１３２が、透明な前面シート１３４に載置されている。いくつかの実施形態では、モジュールの全セルの集合体が単一の大きな半導体シートからカットされるか、又は、このモジュールのうち一組のセルが単一の半導体シートからカットされる。動的なセルカット及びドーピング方法によって、電流発生のためによりよく適合された面積を有するセルの効率的な選択が可能となる。図３に示すように、複数のセルがほぼ同じ幅でカットされる一方、個々のセルの長さは、それぞれのセルの電流発生を選択された値に調整するために選択される。
【００５６】
図４及び図５を参照すると、一個の光起電力電池セルの実施形態が示されている。いくつかの実施形態では、光起電力電池セル１５０は、半導体層１５２、前面保護層１５４、裏面保護層１５６、負の電極もしくはコレクタ１６０、及び正の電極もしくはエミッタ１６２を含むことができる。図５の断面図に示すように、コレクタ１６０は一般的にｎ＋ドープ領域１６４と電気的に接触している。図５に示すように、エミッタ１６２は一般的にｐ＋ドープ領域１６６と電気的に接触している。ドープ領域１６４、１６６は、保護層１５６の孔１６８の下に配置されることができ、孔１６８はドープ領域１６４、１６６と電気接続をなすためにコレクタ材料で充填することができる。
【００５７】
図６に示された底面図は、コレクタ材料を除去した状態の太陽電池セルを示している。一般的に、ドープ領域と、保護層を貫通する孔もしくは開口部とは、当該セルの異なる極を分離する任意の適切な形状を有する。例えば、保護層を貫通する孔／開口部は、一般的に円筒状、溝形状又は他の所望の形状であってよい。略円筒状の孔は、本明細書記載の方法を使用して好都合に形成することができる。例えば、レーザー穿孔によって孔を形成することができる。同様に、溝状に成形される開口部は、パルスの間にレーザー光線を適切に移動することによって形成することができる。より大量の保護材料が除去される場合、対応するドープ領域の大きさは増加する。このように、より多くの保護材料が除去される場合、電極抵抗は減少するが、ホールと電子の表面再結合が増加するため、これらの効果間のバランスが電池設計に影響し得る。
【００５８】
一般的に、孔は約５ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の平均直径（異なる孔及び非円形形状の孔の平均）を有しており、更なる実施例においては、約１０ミクロン〜約３０ミクロンである。孔の間隔は約５０ミクロン〜約５００ミクロンであって、更なる実施形態では約８０ミクロン〜約２４０ミクロンである。当業者は、孔寸法に関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。
【００５９】
層１５６を貫通する孔１６８内のｎ＋ドープ領域１６４及びｐ＋ドープ領域１６６は交互の列となっていることが図から分かる。図を簡略化するために、２本の列だけが符号１６４、１６６で示されるが、これらの電極がどのように図４のコレクタの帯状部と適合するかは明らかであって、ｎ＋ドープ領域が負のコレクタ１６０と電気的に接触しており、ｐ＋ドープ領域が正のコレクタ１６２と電気的に接触している。同様に、２つの例示的な孔のみが図において符号を付されており、各ドープ領域は各孔と結合している。孔は図４の長方形格子（グリッド）にて示されているが、孔の配置は、表面全体に亘る半導体特性測定値に基づいてなされ、孔の配置位置は、個々の構造体が適切なコレクタを形成するように動的に決定される。
【００６０】
太陽電池セルの別の実施形態が図７及び８に示されている。この実施形態において、光起電力電池セル１７８は図８に示されるようにチェッカー盤状に配置されたｎ＋ドープ領域１８０及びｐ＋ドープ領域１８２を有する。負の電極１８４及び正の電極１８６は、図７に示すように屈曲したストライプで互いに対応するように整列配置される。そして、負の電極１８４は、ｎ＋ドープ領域１８０と電気的に接触しており、正の電極１８６はｐ＋ドープ領域１８２と電気的に接触している。図６及び図８は幾何学的に配列された電極を表しているが、後述するように、電極配置の動的選択には非対称な電極配置も含まれる。
【００６１】
図７の構造体は、この構造体において共通する高さで積層された、二極のためのコレクタ材料を有する。裏面電極光起電力電池セルのための、反極性電極を分離する絶縁層を備える２層のコレクタ構造体は開示されている。米国特許第４，９２７，７７０号（「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｏｉｎｔ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ」（スワンソン））及び米国特許第６，４２３，５６８号（「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ａ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ」（ヴェルリンデン他））を参照されたい（これらは本明細書に組み込んだものとする）。本明細書において記載された構造体に二層のコレクタ構造体を組み込むこともできるが、二層の積層構造体をなすために更なる加工工程を加える必要がある。
【００６２】
金属フィンガーの構成に関わらず、金属フィンガー及びこれに対応する金属面は、対極が接触することなく実用上可能な限り多くの面積を覆うように設計され、なぜなら金属は裏面光反射体としても機能するからである。よって、フィンガーの幅はフィンガーピッチ（すなわちフィンガーの中心と中心の間の間隔）の少なくとも約４０パーセントであって、更なる実施形態においては約６０〜約８５パーセントのフィンガーピッチである。当業者業者は、フィンガーピッチに関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識されるであろう。
【００６３】
上記の記載は、裏面電極を備える薄膜半導体太陽電池セルに関する。しかしながら、本明細書におけるいくつかの加工工程（例えば動的なセル加工工程）は、他のセル構造体にも適用することができる。例えば、前面電極と裏面電極の組合せからなる薄膜太陽電池セルは、米国特許第６，４５５，３４７号（「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅ」（ヒライシ他））に更に記載されており、本明細書に組み込まれたものとする。前面電極及び裏面電極を有する別の代表的な光起電力モジュール構造は、米国特許第５，９５６，５７２号（「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ」（キドグチ他））に記載されており、本明細書に組み込まれたものとする。本明細書において記載されるいくつかの動的加工は、本明細書中の教示に基づき前面電極及び裏面電極の両方を備えるセルを加工するために適合することができる。これらの実施形態においては、半導体層の透明な前面シートへの移動の前にセルの動的カットが行われ、これにより、セルを透明な前面に固定する前に、半導体層の前面に前面電極の配置に係る加工を施すことができる。セルをこの透明基板に固定した後、残りの加工が裏面に施される。
【００６４】
光起電性組立体のための材料
光起電モジュールに組み込むための適切な材料の例を以下に記載する。透明な前面シートは、例えば、シリカガラス、他の無機ガラス物質、透明な高分子物質、又はこれらの複合物等であってもよい。透明な前面シートは、その一方又は両方の表面に反射防止コーティング又は別のオプティカルコーティングを有することができる。適切なポリマー支持体層には、例えば、デュポン社のＴｅｄｌａｒ（登録商標）「Ｓ」タイプのポリフッ化ビニル膜が含まれる。反射材料に関して、支持体層のためのポリマーシートは、薄い金属膜（例えば金属化されたマイラ（登録商標）ポリエステルフィルム）でコーティングすることができる。透明な前面シートと支持体層を接合する保護シールは、接着剤、天然ゴムもしくは合成ゴム又は他のポリマー等から形成することができる。
【００６５】
一般的に、太陽電池セルに使用可能な任意の適切な半導体材料は、選択されたセルの大きさに適切にカットすることができるシートに形成することができるのであれば、この半導体材料を本明細書に記載されるように加工することができる。多結晶シリコンは、所望のレベルの性能を提供し、かつ個々の太陽電池セルにカットすることができる大きな面積の半導体シートを形成するにあたって利用可能な比較的安価な材料を有する。特に詳細には、適切な半導体材料には例えば多結晶シリコンの薄箔が含まれる。
【００６６】
シリコンもしくは他の無機半導体の薄箔は犠牲剥離層上に形成することができる。いくつかの実施形態では、この剥離層は、物理的に弱く、この剥離層の上にあるケイ素層に損傷を与えることなくこの剥離層を粉砕することができる。光反応性蒸着（Ｌｉｇｈｔ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＬＲＤ））によるシリコンの薄膜シートの形成は、２００７年３月１３日に出願され、公開済みの米国特許出願第２００７／０２１２５１０Ａ（「Ｔｈｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｒ  Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｓｈｅｅｔｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ  Ｆｏｒｍｅｄ  Ｆｒｏｍ  Ｔｈｉｎ  Ｓｈｅｅｔｓ」（ヒエルスマー他））に更に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。同様に、剥離層上のシリコンの薄膜は、大気圧又は大気圧より低い圧力で化学気相成長（ＣＶＤ）方法を用いて多孔性剥離層上に形成することができる。多孔性剥離層上へのＣＶＤ処理は、２００８年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／０６２３９８号（「Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｏｎｔｏ  ａ  Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｏｉｌｓ」（ヒエルスマー他））に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。２００８年１月２５日に出願された米国特許出願第６１／０６２，４２０号（「Ｚｏｎｅ  Ｍｅｌｔ  Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｔｈｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆｉｌｍｓ」（ヒエルスマー他））に記載されるように（本明細書に組み込んだものとする）、シリコン箔の特性は、剥離層上の薄箔に使用するために設計された効率的なゾーンメルティング再結晶法によって改善することができる。
【００６７】
薄膜シリコンシートの使用によって、材料消費量が減少し、かつ良好なセル性能が約束される。薄膜シリコンシートは一般的に約２５０ミクロン以下の厚みを有する。いくつかの実施形態では、この薄膜シリコン箔は約１００ミクロン以下の厚みを有しており、他の実施形態においては約５ミクロン〜約１００ミクロンであって、更なる実施形態においては約１０ミクロン〜約８０ミクロンであって、また更なる実施形態では約３０ミクロン〜約６０ミクロンであって、これらの範囲の部分的範囲であってもよい。当業者は、箔の厚み関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。犠牲剥離層を用いて形成された半導体薄箔を用いることによって、その上面がクリーニングされ、テクスチャ処理を施され、コーティングされ、及び／又は前準備され、その後この薄箔は下層の基板から透明な基板上に直接分離されることができる。いくつかの実施形態では、一又は複数の付加的な層（例えば保護層）がシリコン層の上及び／又は下に被着される。
【００６８】
シリコン箔は、例えば、このシリコン箔を接着するための接着剤組成物を用いるか、静電相互作用を用いて、透明な前面シートに移動することができる。適切な接着剤としては、例えば、シリコン接着剤又はＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）接着剤が含まれる。他の適切な接着剤も、光起電モジュール組立（例えば基材の接着、フレームへの接着、構造内でのシールの形成等）といった他の用途にも用いることができる。ゴム等の他のポリマーもシールの形成に用いることもできる。無機薄箔を受領表面に移動するための方法及び装置が、２００８年１月２５日に出願された同時係属中の米国仮出願第６１／０６２，３９９（「Ｌａｙｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｏｉｌｓ」（モッソ他））において更に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。
【００６９】
いくつかの実施形態では、半導電層の前面及び裏面は、電気絶縁性の保護層を備える。保護層を形成する適切な材料は、例えば、化学量論的及び非化学量論的な酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリコン炭窒化物、及びこれらの組み合わせ、これらの混合物が含まれる（水素が加えられていてもよいし、加えられてなくてもよい）。いくつかの実施形態では、保護層は、例えば、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ≦４／３及びｙ≦２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコンを多く含む酸化物（ＳｉＯｘ、ｘ＜２）、又はシリコンを多く含むニトリド（ＳｉＮｘ、ｘ＜４／３））を含む。保護層は、半導体材料を環境劣化から保護し、ホールと電子の表面再結合を減少させ、構造設計特性を提供し、及び／又は、いくつかの加工工程を補助し、更には前面に非反射特性を提供することができる。いくつかの実施形態では、前面保護層は、ＳｉＮｘＯｙ又は他の透明な誘電材料を含むことができる。セルがいかなる環境汚染物質に対してもより耐性を示すように、保護層は一般的に化学的に不活性なものでもある。
【００７０】
保護層は、結晶シリコン薄層を形成する類似する積層処理によって形成することができるが、この保護層は、他の技術、例えば蒸着装置を用いた化学気相成長法（ＣＶＤ）もしくは物理蒸着法（ＰＶＤ）、又は光反応性蒸着（Ｌｉｇｈｔ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によっても形成することができる。光反応性蒸着（Ｌｉｇｈｔ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＬＲＤ（登録商標））は、同時係属中の米国特許出願第０９／７１５９３５号（「Ｃｏａｔｉｎｇ  ＦｏｒｍａｔｉｏｎＢｙ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」（ビ他））、米国特許出願第１１／０１７，２１４号（「Ｃｏａｔｉｎｇ  ＦｏｒｍａｔｉｏｎＢｙ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」（ビ他））、米国特許出願第１０／４１４，４４３号（「Ｄｅｎｓｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｙ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」（チルボル他））において更に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。保護層はプラズマＣＶＤ等によって蒸着することができる。一般的に、保護層は約１０ｎｍ（ナノメートル）〜２００ｎｍの厚みを有しており、更なる実施例では約３０ｎｍ〜１８０ｎｍであって、また更なる実施形態では５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。当業者は、その厚みに関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。
【００７１】
前面保護層及び／又は裏面保護層は、例えば、効果的光路及び光の吸収を増加させるために、半導体層に光を散乱させるためのテクスチャを一般的に有することができる。いくつかの実施形態では、テクスチャ処理された材料は、最大値から最小値において約５０ナノメートル〜約１００ミクロンの平均値を有する粗面を備えることができる。テクスチャは、保護層を形成するための蒸着処理の間に導入することができ、及び／又は、蒸着工程の後に加えることができる。
【００７２】
上記のように、半導体材料を太陽電池セルに加工する工程には、ドープ電極を形成するためにドーパント材料を供給することが含まれる。一般的に、所望のドーパント原子を露出したシリコンに供給することができる任意の適切なインクを用いることができる。例えば、燐又はホウ素を含有する液体を積層することができる。詳細には、適切なインクは、例えば、リン酸トリオクチル、エチレングリコール及び／もしくはプロピレングリコール中のリン酸、ならびにエチレングリコール及び／もしくはプロピレングリコール中のホウ酸を含む。いくつかの実施形態では、無機粒子を充填したインクを積層してドーパントを提供することができる。例えば、無機粒子は、ドーピングされたシリカ又はドーピングされたシリコンを含む。ドーピングされたシリカガラスは、光起電力電池のためにフォトリソグラフィ法を用いてドーパントを供給するのに用いられている。ドーピングされた粒子を有するインクは、例えばインクジェット式印刷を用いて、所望の位置でドーパントを印刷するために使用することができる。
【００７３】
特に注目される実施形態において、ドーピングされた粒子は、約２５０ｎｍ以下の平均一次粒子径を有しており、他の実施形態においては約１００ｎｍ以下であって、更なる実施形態においては約５０ｎｍ以下であって、また更なる実施形態においては約２５ｎｍ以下である。当業者は、その粒子の大きさに関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。一般的に、ドーピングされた粒子は、反応流による方法又は溶液による方法から形成することができる。様々な組成物を有するサブミクロンの無機粒子は、熱分解（特に光に基づく熱分解又はレーザー熱分解）によって（単独で又は付加的な加工を伴って）生成することができる。光による熱分解／レーザー熱分解において、強度の電磁放射線源からの光は反応を起こして粒子を形成する。便宜上、本出願は光による熱分解及びレーザー熱分解を記載しているが、レーザーの代わりに適切な強度の電磁放射線源を用いることもできる。レーザー熱分解は、組成、結晶化度及び大きさにおいて極めて均一な粒子の形成に有益である。更に、無機粒子は熱分解を用いて効率的に形成することができ、これにより所望の表面特性を有する粒子を生成し、高い分散性と所望の構造体への迅速な混和をなす（但し他の粒子源を用いることもできる）。
【００７４】
特に詳細には、レーザー熱分解法は、サブミクロン多重金属／半金属酸化物複合粒子ならびに他の複合金属／半金属粒子組成物、更にはこれらのドーピングされた組成物の合成のために開発された。金属／半金属元素は反応剤の流れの中に導入される。反応剤の流れの中において組成物及び処理条件を適切に選択することによって、所望の金属／半金属組成物の化学量（ストイキオメトリ）を、選択したドーパントと任意に混和する、サブミクロン粒子を形成することができる。レーザー熱分解によるドーピングされた粒子の合成は、米国特許第６，８４９，３３４号（「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」（ホーム他））に更に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。
【００７５】
一般的に、インクは、粒子の分散液をなすために適切な液体を含むことができる。一般的に、金属酸化物粒子及び半金属酸化物粒子を分散させるための適切な液体は、水、アルコール類、他の有機溶剤及びそれらの混合物からなることができる。この分散液は、低濃度から約５０重量パーセント以上の濃度を有しており、いくかの実施形態では約２０重量パーセント以上の濃度を有している。十分に分散された粒子は、二次粒子の大きさが適度に小さく、この粒子が分散液中であまり凝集されないことを示す。粒子は粒子分散を安定させるために表面修飾を施すことができ、かつ／又は、他の界面活性剤をこの分散液に含むこともできる。
【００７６】
一般的に、レーザー熱分解によって形成される粒子は、適度な濃度で分散する適当な界面化学特性を有する。粒子分散液の安定度は、粒子の表面修飾によって粒子の濃度をより高めることで改善することができる。一般的に、粒子の表面特性は粒子の分散に影響する。一般的に、粒子の表面特性は、合成方法と合成後の加工とに依る。いくつかの界面活性剤（例えば多くのサーファクタント）は、粒子表面との非結合相互作用を通して働く。いくつかの実施形態では、望ましい特性は粒子表面と化学結合する表面修飾剤を用いることによって得られる。適切な表面修飾剤は、例えば、アルコキシシランを含んでおり、これは、Ｏ−Ｓｉ結合によって金属酸化物粒子及び半金属酸化物粒子に化学結合する。特に、三官能アルコキシシランは、粒子表面との安定した結合を形成する。シラン側基は、表面修飾粒子の特性に影響する。
【００７７】
乾燥した合成した粉を処理するとき、表面修飾の前に粒子の良好な分散液を作ることで表面修飾処理を容易にして、結果としてより高いレベルの表面修飾を有する粒子になることが分かっている。粒子の表面修飾によって、適切な液体の範囲を広げることができ、特に詳細にはより少ない極性溶媒中に粒子の良好な分散をなすことができる。ミキシング、音波処理等が、粒子の分散を改善するために用いることができる。いくつかの実施形態では、平均二次粒径は、平均一次粒子径の４倍以下であって、更なる実施形態では、平均一次粒子径の約３倍以下であって、また更なる実施形態では、平均一次粒子径の約２倍以下である。更に、体積平均粒径は約１ミクロン以下であってもよく、更なる実施形態では約２５０ナノメートル以下であって、他の実施形態においては約１００ナノメートル以下であって、更に他の実施形態においては約７５ナノメートル以下であって、いくつかの実施形態においては約５ナノメートル〜約５０ナノメートルであってもよい。
【００７８】
印刷の用途において、コロイド分散液を作ることが望ましい。このように、いくつかの実施例では、分散液は、少量のアンモニアを伴うか又はこの分散液のｐＨを上げる他の組成物を伴う水分散液であってもよい。インクを無機質の粒子分散液から作るために、粘度調整剤や界面活性剤等の他の添加物が必要に応じて含まれてもよい。いくつかの実施形態において、粘度は約０．１ｍＰａ・ｓ〜１００ｍＰａ・ｓであって、更なる実施形態においては約０．５ｍＰａ・ｓ〜約２５ｍＰａ・ｓである。いくつかの実施形態において、分散液／インクは約２．０〜約６．０Ｎ／ｍ２の表面張力を有しており、いくつかの実施形態では約２．２〜約５．０Ｎ／ｍ２であって、更なる実施形態では約２．５〜約４．５Ｎ／ｍ２であってもよい。当業者は、粘度及び液面張力に関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。
【００７９】
半導体ドーピングをなすための酸化ケイ素粒子を含む適切なインクの組成は、２００８年１月２日に出願された同時係属中の米国特許出願１２／００６，４５９（「Ｓｉｌｉｃｏｎ／Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎｋｓ，  ＩｎｋＪｅｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｄｏｐｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」（ヒエスルマー他））に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。ドープされた半導体領域を形成するためのケイ素粒子を含む適切なインクの組成は、２００８年１月２日に出願された同時係属中の米国特許出願第１２／００６，４５３号（「Ｓｉｌｉｃｏｎ／Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎｋｓ，  Ｄｏｐｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ヒエスルマー他））に更に記載されており、本明細書に組み込んだものとする。これらの特許出願に記載された材料は、本明細書において記載されている方法に適用することができる。
【００８０】
セル加工及びモジュール加工
本明細書に記載された加工工程は、モジュール内に動的に設計された太陽電池セルを任意に備える、光起電モジュールの加工のために適切かつ効率的なものである。いくつかの実施形態において、太陽電池セルは、半導性シートとしてシリコン薄箔から作るために設計される。一般的に、加工工程のうちの少なくともいくつかは、任意の厚みのシリコンシートを備える光起電力電池セルに適用可能かつ有利であって、また、他の半導体材料から形成されるセルにも適用可能かつ有利である。いくつかの加工工程又は一連の加工工程は、セルから電流を集めるために裏面電極の効率的な形成に特に向けられている。ドーパントは保護層中の孔に配置され、従来よりも少ない工程数で裏面電極セルを形成するためにコレクタ材料の綿密な配置と組み合わされ、かつ、材料の量を減らすと共に性能の改善を約束する所望の構造体を成す。
【００８１】
いくつかの実施形態の動的な加工は、半導体表面全体に分散された箇所で予想される性能を測定することを中心として構成される。次に、選択されたアルゴリズムに基づき、更なる加工が先の性能測定値を用いて動的に設計される。この動的な加工には、例えば、半導体シートを個々の太陽電池セルにカットするための位置の選択、及び／又は、各セルに沿うドープ電極の配置位置の選択が含まれる。一旦この設計が完了すると、付加的な加工工程が光起電モジュールを完成するために実行されるのであって、完成された光起電モジュールは、半導体材料から動的な加工の利点が無く形成されるモジュールに比べて、性能が改善されている。
【００８２】
いくつかの実施形態では、以下に記載のいくつかの加工工程が、セルから電流を集めるための裏面電極の形成に特に関するものであるが、動的な加工は上記のように他のセル電極構成のためにも行うことができる。一般的に、図９に示すように、加工工程は、例えば、半導体シート作成１９０、半導体測定１９２、動的な電池設計１９４、電池構造加工１９６及びモジュール完成１９８からなることができる。本明細書において記載されている加工方法のいくつかの実施形態において、この方法は一般的に一又は複数の大きな半導体（例えばシリコン）シートの使用が含まれ、このシートは、加工中、シート全体の複数の地点の半導体特性の測定に基づいて個々のセルに分割される。一般的に、この方法によって、モジュール性能の品質を犠牲にすること無く、廃棄物を減少すると共に加工工程数を減少して、材料の適正な取扱いと、効率的な加工が可能になる。動的な加工が行われない実施形態においては、半導体測定１９２及び動的な電池設計１９４に関する工程を省くことができる。
【００８３】
半導体シート形成１９０は、半導体シートから太陽電池を形成するために更なる加工を行うための準備として、最初の半導体シートの形成に関する。一般的に、最初の半導体シート構造体は任意の適切な方法によって形成することができる。例えば、この半導体シートはシリコンインゴットからカットすることができる。しかしながら、他の実施形態では、半導体シートは少なくとも部分的に反応性蒸着加工により形成される。半導体シートを形成するための適当な反応性蒸着加工は上記に記載されたとおりである。反応性蒸着加工によって、シリコンの非常に薄い箔をモジュールでの使用のために形成することができる。シリコン箔が薄い場合であっても、箔への損傷を回避する適切な移動技術によって処理されることができる。
【００８４】
セル構造体加工１９６に関するいくつかの工程は、半導体シート作成１９０の前に行うことができる。例えば、保護層は、この保護層上に積層される半導体シートを形成する前に積層することができる。保護層の一方又は両方が反応性蒸着加工の一部として形成されることができる。一般的に、この保護層はテクスチャ処理されていない。
【００８５】
同様に、セル構造体加工工程１９６のうちのいくつかは、半導体シートの測定１９２を実行する前に行っても行われなくてもよい。例えば、この測定を行う前にこの半導体の両方の表面上に保護層を配置しないようにし、この測定を行うために半導体の一方の表面を露出してもよい。これらの実施形態において、一層の保護層を半導体の測定を行う前に配置することができ、及び／又は、この半導体測定を行う前に半導体層を透明層と一体化することができる。この透明基板は、次の加工工程の間、半導体シートに機械的な支持を提供することができる。しかし別の実施形態では、この半導体測定は、上部保護層及び下部保護層の形成の後に行うことができる。保護層の一方又は両方は、反応性蒸着加工の一部として形成することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、反応性蒸着加工において、半導体層を有する構造体のうちの一又は複数の層が剥離層上へ順次形成される。この剥離層は、最初の基板から構造体の破砕又は剥離を起こす組成物及び／又は力学的性質を有することができる。シリコン箔の更なる加工に応じて、シリコン箔の裏面又は前面のいずれかが剥離層に対向するように形成される。別の実施形態では、シリコンは透明な前面シート上に直接積層され、これにより剥離層を必要とせず、これに対応して移動も必要とせず、この透明な前面シート上にセルの前面を形成する。いずれの場合においても、この構造体は最初の基板と一体化されたまま更に加工されることができ（例えば熱処理）る。セルのドープ領域を反応性蒸着加工によって形成することができ、ドーパント電極を形成するための効率的かつ好都合な方法が本明細書に記載されており、ドープ電極を電気的に接続状態にする。
【００８７】
剥離層に係る反応性蒸着加工において、この剥離層を基板上へ積層することができる（この基板は再使用可能であってもよい）。この剥離層は多孔性の粒状セラミック組成物であってもよく、この組成物は反応性蒸着加工によって積層することができ、適当な組成物には例えば保護層に適したものと同様の組成物が含まれる。基板が再使用可能であってもよいため、高品質の基板をコストを過剰に上昇することなく用いることができる。実施形態の一例において、窒化ケイ素又はオキシ窒化ケイ素からなる薄膜の裏面保護層が剥離層の上に積層される。その後、結晶ケイ素層をこの裏面保護層上に積層することができる。いくつかの実施形態では、薄膜の前面保護層を結晶ケイ素層の上に積層することができる。裏面保護層を積層する場合、半導体の測定は剥離層からこの構造体を分離する前に行うことができる。前面保護層を積層する場合、半導体層の測定は、剥離層の分離及び剥離層の残余の除去（任意）の後に、半導体の露出した裏面上で行うことができる。
【００８８】
シリコン箔及び保護層を形成する反応性蒸着は、材料に関する上記の項目にて更に記載されている。いくつかの実施形態では、反応性蒸着によって形成された構造体は、その後、保護層を強固し、及び／もしくは結晶ケイ素層を焼なまし、ならびに／又はこの層の特性を修飾するために、加熱してもよい。シリコン薄箔のゾーンメルティング再結晶化を行うための改良された方法も上記に記載してある。
【００８９】
太陽電池の性能を推定するために行う半導体１９２の測定は、担体寿命の評価に基づいて行うことができる。特に詳細には、半導体材料の光電流発生は、半導体の担体寿命の関数として推定することができる。一般的に、この評価は、個々のセルをドーピング及び／又はカットする前に、シート上の異なる位置で性能を推定するために行われる。特に詳細には、この測定は、半導体シートに沿って複数の地点からなる選択された格子目（グリッド）上で行うことができる。担体寿命の加算値は、設定された直線又は非直線フィッティングルーチンを用いて測定された地点に関して補間もしくは外挿することができる。よって、便宜上この測定は測定技術の分解能にある程度基づいて間隔をあけられた矩形の格子目に基づく。グリッドに沿った一区画（セグメント）の面積は、各格子の位置において例えば約０．０００１ｍｍ２〜約４００ｍｍ２の分解能で設定されており（縁はグリッド面積の一部である）、これらのグリッドの分割された一区画の外縁はそれぞれ約１０ミクロン〜約２０ミリメータの分解能に対応する。当業者は、分解能に関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。
【００９０】
測定装置及び／又は半導体シートは、測定を行うために互いに相関するように配置される台又は他のコンベヤーシステム上に移動することができる。いくつかの実施形態では、光学部品を半導体表面を走査するように作動させることができる。これらの測定値は、セルの構成及びセルの電極配置位置を決定するために用いることができる。
【００９１】
特に詳細には、半導体の担体密度及び／又は担体寿命を評価するために光学技術を用いることができる。いくつかの実施形態では、担体密度は担体寿命を評価するために用いることができ、この担体寿命は光伝導体材料の電流発生と相関している。半導体表面のマップに沿った少数担体の拡散距離の光学測定（これは担体寿命を評価するために用いることができる）は、公開された米国特許出願第２００７／０１２６４５８号（「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｏｎｅ  ｏｒ  Ｍｏｒｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｓｐｅｃｉｍｅｎ」（シ他））に更に記載されており、本明細書に組み込まれたものとする。また、担体密度は、保護層の形成の前もしくは後の半導体材料上の赤外線寿命マッピングから推定することができる。赤外線寿命は、例えば、サンプルの赤外線伝送を測定するために用いるスペクトルの赤外線の部分で作動する充電結合素子カメラによって測定することができる。材料の高分解能走査は迅速に行われる。アイゼンバーグ他による記事は、半導体材料の表面上で３０ミクロンまでの分解能を得るために、赤外線レーザー及び商業的なＣＣＤカメラを使用することを記載している。アイゼンバーグの記事の引用は、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ９３（７）：  ４２６８−  ４２７５  （１  Ａｐｒｉｌ  ２００３）に「Ｉｍａｇｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｌａｔｅｒａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｍｉｎｏｒｉｔｙ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ  ａｎｄ  ｌｉｆｅｔｉｍｅｓ：  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ａｎｄ  ｆｉｒｓｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」というタイトルで記載されており、本明細書に組み込まれたものとする。ゴルトシュミット他による記事は、担体寿命の測定に基づいて、短絡電流及び開路電圧の算出について記載している。ゴルトシュミットの記事は、スペイン、バルセロナで開催された会議・展覧会である「ｔｈｅ  ２０ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，  ６−１０  Ｊｕｎｅ  ２００５」にて「Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  Ｆｒｏｍ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｉｍａｇｅｓ」というタイトルで紹介されており、本明細書に組み込まれたものとする。シリコン材料の電荷電流性能の非接触的な推定のための別の方法は、アプライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）８７：０９３５０３（２００５）の「Ｓｕｎｓ−ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：  Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｗａｆｅｒｓ」（トルプケ他）に記載されている。トルプケの記事に記載の方法は、半導体表面の空間分解能のために一般化することができる。
【００９２】
半導体測定は動的なセル設計１９４を行うために利用することができる（図９の加工工程を参照されたい）。一般的に、セルをレイアウトするために、半導体表面全体の測定値に基づいて一連のアルゴリズムが使用される。一般的に、最初の材料特性を最終的なセルの電力特性と相関させる能力によって、セルの大きさ、電極のピッチ間隔、更にはセルの「つなぎ（ｓｔｒｉｎｇｉｎｇ）」（サブセットを直列及び／又は並列で接続すること）の調整が可能となり、モジュール全体の電力生産を増加して性能の劣っている領域のために補うことを可能にする。
【００９３】
シリコン箔の担体寿命マップによって、予想されるピーク出力点におけるセルの出力電流がセル間で十分一致するようにセルの大きさを選択することができる。担体寿命及び／又は担体密度の測定値が低いと、単位面積当りのピーク出力におけるその領域での予測される電流が低くなる。よって、担体寿命が短い領域は、担体寿命が長い領域と比較して大きなセルに製造されるべきである。初期的な材料担体寿命と電流の整合をなすために適正なセル領域との間の比例関係は、経験的に決定されるのであって、直線的なものである必要はない。特に詳細には、特定の太陽電池セル設計において、測定された領域の光電流の測定は、対応する光電流を有する材料担体寿命と電圧との間の関数関係を決定するために行うことができる。そして、これらの関数関係は動的なセル設計を行うために用いることができる。
【００９４】
典型的には複数の光起電モジュールは直列及び／又は並列に実装されるので、モジュールが特定の定格電流（直列）又は定格電圧（並列）を有することが望ましいことが多い。シリコン箔もしくは他の半導体材料の担体寿命マッピングならびにセルの製造工程及びセル特性の経験的知識によって、目標電流又は目標電圧が得られるように箔を複数のセルに分割することができる。目標電流を得るために、各セルが凡その目標値の電流を生成するように複数のセルに分割される。そして、モジュールの直列接続された複数のセルは、目標値にほぼ等しい全体の電流を生成する。目標電圧に到達するために、１個のセルの凡その電圧値を用いて、目標値に到達させるためのセルの合計数を選択する。そして、シートを複数のセルに適切に分割し、目標値になるように直列接続でセルを加えていく。電流目標と電圧目標を同時に設定することは、電力性能をいくらか犠牲にすることによって一般的には可能である。一般的に、動的な加工によって、一つのモジュール中のいずれか二つのセル間の電流変化は、これらのセルの平均電流に比して８パーセント以下に減少することができ、更なる実施形態では、等しい照光下において互いに連結されたセルの最大出力点の電流における変化は約５パーセント以下である。同様に、個々のセルがより均一な電流を生成するモジュールの出力は、このモジュールの電流が増加するにつれて高くなる。当業者は、電流及び出力の改善に関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。
【００９５】
インバータをモジュールに一体化させることも有益である。係るインバータが商業的に現実的であるならば、目標電圧又は目標電流を必要としない。こうした状況では、発電量を増加させるために、セルの大きさ、電極ピッチ及び配線を全て選択することができる。一体化されたインバータは、モジュール電力の出力を、電力線に直接供給することができる標準１２０Ｖ６０Ｈｚの電気出力に適合させることができ、もしくは、選択された他の標準電気出力に適合させることができる。
【００９６】
代表例として、半導体基板を一又は複数のストライプに分割することについて記載する。図１０Ａに示すように、基板２２０は、二本のストライプ２２６、２２８への最終的な分割を示す線２２４を伴って示されている。線２２４の位置は、各ストライプの推定される全電流に基づき決定することができる。図１０Ａの図に示した実施形態に基づく仮想的な例として、上段のストライプ内で測定される電流推定値の全ての合計が下段のストライプ内で測定される電流推定値の合計よりも高くなることが予想される場合、この差の相殺のために上段のストライプの面積が下段のストライプの面積よりも適宜小さく作られる。
【００９７】
その後、分割後の各セルの電流が凡そ等しくなるように各ストライプを再分割することができる。この分割は、シート及び各ストライプのために選択されたセルの合計数に基づき決定される。いくつかの実施形態では、各測定地点周辺の推定される電流が、この地点の周辺ではほぼ一定であると仮定される。あるいは、各測定地点の推定される電流は、直線形アルゴリズム又は非線形アルゴリズムを用いて外挿されるか補間されることができる。ストライプの大きさを考慮することができる。そして、このストライプの各セルの推定電流は、ストライプ内のセルの合計数で割られる合計推定電流から得られる。その後、各セルの面積は、目標電流を得るために決定される。１０個のセル２３２への分割が例として図１０Ａに示されている。
【００９８】
１０個のセル２３２にカットした後のシートは、カットされたセルを支持する基板２３４を伴って図１０Ｂに示されている。更に、図１０Ｂは、ドープ領域２３６のための位置決めを示しており、このドープ領域の位置が矩形の格子目（グリッド）上に配置されないように動的に選択される。あるいは、ドープ電極を矩形の格子目上に配置することができる。図１０Ｂに示した実施形態において、各縦列（しかし直線である必要はない）は、電極が列に沿って形成されるように、同一のドーパントを受けるように選択される。
【００９９】
一旦セルの大きさが決定されると、ドーピング処理のためにドープ領域の数及び位置が決定される。ドープ領域の配置位置の選択は、ドープ領域の数をセル内で一定に保つことに基づき、更には、選択されたパターンに従ってドープ領域をほぼ均等に間隔をあけるために、セルの実際の大きさに基づいて個々のセルにドープ領域を配置することに基づく。あるいは、ドープ領域間の間隔を固定した目標値に定めて、次に、このドープ領域は、ドープ領域の目標間隔及び大きさに基づいて、セル内の利用可能なスペースに従ってドープ領域を最も多くなるように配置される。
【０１００】
半導体シートを個別のセルにカットした後の他の実施形態が図１１に示されている。この実施形態において、シートはほぼ均一の大きさの５つの列２４０、２４２、２４４、２４６、２４８にカットされる。その後、各列は半導体特性の測定値に基づいて適切な大きさのセルにカットされる。上記のように、一般的にセルの数は目標モジュール性能に基づき（例えば目標電圧に基づく）選択することができる。一般的に、光起電モジュールは例えば２〜２０００個の太陽電池セルを含んでおり、他の実施形態では約１０〜５００個の太陽電池セルを含んでおり、これらの範囲内の任意の範囲であってもよい。概して、レイアウトは上記の例のように複数の列に分割されることを基本とし、又はこの分割は電流の整合を向上する任意の数の数学アルゴリズムであってもよく（例えば、等しい面積のセルから開始し、電流差を補償するために面積を変える工程の反復）、電流が許容範囲内で等しくなるように推定されるようになるまでこの修正処理が繰り返される。
【０１０１】
この半導体シートは、光電流を得るためのドープ電極の形成と、この得られた光電流を方向付けるためのコレクタの配置とによって太陽電池セルを形成するために更に加工される。特に注目される実施形態において、個々の太陽電池セルはより大きな半導体シートからカットされる。この太陽電池セルは、透明な前面シートを通して光を受けるように配置される。本明細書の記載は、裏面電極太陽電池セルの形成についてであるが、この加工工程の少なくともいくつかは、本明細書の教示に基づくドープ電極の配置のために一般化することができる。セル構造体の加工１９６（図９）は例えば図１２に記載の一又は複数の工程を含むことができるが、この工程は、必要ではない場合には順番通りに行う必要はなく、特定の商業的設計のために付加的な加工工程を含めることができる。更に、セル構造体加工１９６の工程のいくつかは、図９の半導体測定１９２及び／又は動的セル設計に関する工程の前に行われる、又は平行して同時に行われる。
【０１０２】
一般的に、図１２を参照すると、セル構造体加工１９６は、例えば、一又は複数の付加的な層を積層することと（２６０）、半導体を透明な前面シートに移動することと（２６２）、セルをカットすることと（２６４）、ドーパント積層のための構造体を前準備することと（２６６）、ドーパント組成物を積層することと（２６８）、ドーパントを硬化することと（２７０）、セルコレクタを積層することと（２７２）、コレクタを硬化することと（２７４）、を含むが、付加的な工程を用いてもよく、いくつかの工程は結合可能もしくは任意であってもよい。付加的な層の積層は、例えば、半導体シートの上面及び／また下面に沿って保護層の形成を含むことができる。別の実施形態では、一又は複数の保護層は、半導体層を形成する処理の間に形成される。保護層を形成するための組成物、パラメータ及び方法は、先に記載したとおりである。付加的な保護層、接着剤層及び加工層を積層することもでき、一時的なものであっても、完成した太陽電池セルのための層であってもよい。
【０１０３】
半導体層の各面に配置される保護層は、処理において適切な回数積層することができる。保護層は、通常、テクスチャを付けられてはいない。テクスチャリングはプラズマエッチング又は他の適切な方法によってなされ、及び／又は、テクスチャは、積層の間に層に組み込むことができる。付加的な層は、積層されたコレクタといった所望の構造体を形成するのに適切なように積層される。同様に、エッチング処理ならびにリソグラフィ法及びフォトリソグラフィ法をパターン層に使用することができる。
【０１０４】
透明な前面シート２６２への半導体シートの移動に関して、この処理は半導体の性質にかなり依存する。一般的に、この処理は、より厚い半導体構造体のためになされる。薄膜シリコン箔では、この処理は多孔性の粒状剥離層を含む構造体から直接行われ、又は、移動の前工程が、透明な前面シートへの移動が一時的な受容面から行われるようになされる。無機薄箔の処理及び移動のための方法及び装置は、２００８年１月２５日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６１／０６２，３９９号（「Ｌａｙｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｏｉｌｓ」（モッソ他））に更に記載されており、本明細書に組み込まれたものとする。任意の保護層等を備える半導体構造を透明な接着剤等を備える透明な前面シートに積層することができる。
【０１０５】
適切な実施形態において、半導体シート全体に亘る半導体特性の測定を行い、上記の動的なセル設計に基づいてセルをシート上にレイアウトすることができる。セル構造体加工において適当な時期にセルは半導体シートから２６４個にカットされる。一般的に、半導体の測定の後かつ最終モジュールを形成するための最後の加工工程の前のある時期にシートはセルにカットされる。加えて、太陽電池セルは、透明な前面シート上での位置決めの前もしくは後に、半導体シートからカットすることができる。透明な前面シート上への配置後のカットによって、他の配置工程も必要がなくなるが、更なる移動工程がないのであれば、この加工順序によって電池セルの特定の配列が概して固定される。透明基板上に配置された電池セルのための半導体構造体では、電池セルが完成されてモジュールに一体化されるまで、付加的な処理を電池セルの裏側で行うことができる。
【０１０６】
太陽電池セルは、選択された分割（動的なセル設計の間に任意にマッピングすることができる）に基づき半導体シートからカットすることができる。動的なセル設計が行われない場合、一般的にシートはほぼ等しい大きさの電池セルを形成するように分割される。光起電モジュールが典型的には直列及び／又は並列に取り付けられるので、モジュールが特定の定格電流（直列）又は定格電圧（並列）を有することが望ましいことが多い。目標電流を達成するために、各セルが凡その目標値の電流を生成するように電池セルが分割される。その後、モジュールの直列接続されたセルは、目標値にほぼ等しい全体の電流を生成する。目標電圧に到達するために、セルの凡その電圧値は、１個のセルの凡その電圧値を用いて、目標値に到達させるためのセルの合計数を選択する。そして、シートを複数のセルに適切に分割し、目標値になるように直列接続でセルを加えていく。電流目標と電圧目標を同時に設定することは、電力性能をいくらか犠牲にすることによって一般的には可能である。
【０１０７】
測定を行わずにセルを規則的なパターンに分割することができるが、個々のセルの電流がより近似して整合するような大きさにセルを動的にカットすることによって有利な効果が得られる。適切な機械的な方法（例えば硬質の刃を有するソー（鋸）や、流体ジェット切断装置や他の機械的方法によって）を用いてセルをカットすることができる。しかしながら、利用可能なレーザカット技術は、実時間でのセル位置の決定を行うことができ、格別好都合である。適切なレーザカットシステムは、米国マサチューセッツ州シャーリーのオックスフォード・レーザ社（Ｏｘｆｏｒｄ  Ｌａｓｅｒｓ，  Ｉｎｃ．）、及び米国マサチューセッツ州のオックスフォードのＩＰＧフォトニクス社（ＩＰＧ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．）から、もしくは他の商業的なソースから入手可能である。一般的に、材料を偏球（ｏｂｌａｔｅ）にする任意の適正なレーザー周波数が用いられる（例えば１０７０ｎｍで動作するＹｔｔｅｒｂｉｕｍ  ｌａｓｅｒｓ）。透明基板に接着された後に半導体シートがカットされる場合、この選択されたカット方法によって、透明基板がその機械的一体性を保持する限りセルの性能を損なうことなく透明基板に僅かに切り込むことができる。一般的に、セルのレーザカットは、ドープ電極の形成に関する工程の前もしくは後又はその間に行うことができる。
【０１０８】
ドーパント積層２６６のための前準備には、一般的にドーパントと共に半導体表面に沿って配置される保護層もしくは他の層に関して半導体表面へのアクセスを提供することが含まれる。いくつかの実施形態では、保護層は、ドーパントを受け入れることができる露出領域を提供するためにパターン化される。フォトリソグラフィ技術や、様々なエッチング方法を含む他のリソグラフィ技術が、構造体のパターン付けのために用いられる。原則として、ドーパントを顕著に移動（マイグレーション）することなく配置することができる場合、ドーピング処理の後に保護層又は他の被覆層のパターン付けを行うことができるが、このドーピング処理の順序は、他の加工工程を拘束し、このドーピング処理にはドーパントを適切に露出するために正確な相対的な位置決めが含まれる。いくつかの実施形態では、望ましい方法には保護層を貫通する孔の穿孔が含まれる。ドーパントは孔内に印刷することができ、この孔はドープ電極の位置となる。孔という用語は円筒構造のみを意図せず、孔は選択される形状及び大きさを有することができる。孔の大きさの適切な範囲は上記の通りである。
【０１０９】
ドーピングのための適切な位置は各セル内で決定することができる。ドープ電極を配置するためのパターンは、上記図４〜８の記載において述べられている。例えば、ドーパント配置のための孔は、矩形格子目上に配置されるか、他の適切な幾何学的配置になされる。いくつかの実施形態において、ドーパント積層のための適切な位置は各セル内で決定される。ドーパント位置の動的な選択は半導体シート全体の半導体特性の測定値に基づいて決めることができる。
【０１１０】
保護層を貫通する孔は、レーザー穿設あるいは機械的に穿設することができる。例えば、レーザー穿孔は、１０ナノ秒〜１００ナノ秒（ｎｓ）の短パルスのグリーンレーザーからＵＶレーザーまで使用することができる。単一パルスが孔を開けるには１パルスにつき約２〜約３０Ｊ／ｃｍ２のレーザー流束量が適切であると推定される。当業者は、レーザーのパラメータに関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。実験では、約６０ナノメートルの厚さを有するシリコンを多く含む窒化シリコン膜において、波長が３倍のＹＡＧレーザーから出る波長が３５５ナノメートルで２５ナノ秒の単一パルスが、４．３Ｊ／ｃｍ２の流束量で適切な開口を形成したことを示した。これにより生じた孔の顕微鏡写真が図１３に示されている。短波長及び短いパルス時間では、下層のシリコンに与える損傷が少ないことが予想されるが、コスト等の商業的側面との引き換えとなる。
【０１１１】
レーザー穿孔は、屑が幾分出ると予想される。浅くエッチングすることでこの屑が無くなり、シリコン中の損傷層も無くなる。適切な化学エッチングは、窒素／フッ化水素酸混合物、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング組成物によって行うことができる。エッチング後の構造体の断面概略図は図１４に示されており、孔２９０は保護層２９２を貫通して半導体２９４に一部延びている。一般的に、レーザアブレーション、化学エッチング及び／又は他の除去ステップの後、誘電性保護層の約１％〜約５０％、また、更なる実施形態においては約５％〜約３０％、また更なる実施形態においては約１０％〜約２５％が、孔の下のクリーンかつ実質的な損傷を受けていないシリコンを露出するために除去されると共に、残りの部分が保護層によって被覆される。当業者は、不活性化層除去に関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。
【０１１２】
その後、ドーパント組成物を露出したシリコンと接触するために孔を通して供給することができる。いくつかの実施形態では、ドーパントは、ドーパント担持インクにおいて運ばれ、例えばインクジェット式プリンタ等を用いてして分配される。広面積でのインクジェットの解像度は現在２００〜８００ｄｐｉで容易になされ、これはレーザーによって作られた孔を被覆するために単一液滴で１００〜２００本のピッチ線をパターン付けするために十分である。また、インクジェット式の解像度は改良され続けている。一般的に二つのインクが使用され、一方はｎ型ドーパント（例えば燐及び／又はヒ素）であって、他方のインクはｐ型ドーパント（例えばホウ素、アルミニウム及び／又はガリウム）である。先に記載したように、適切なインクには、液体のドーパント組成物、液体に溶解するドーパント組成物、又はドーパント粒子（ドーパントシリカ粒子又はドーピングされたシリコン粒子）を含ドーパント組成物が含まれる。
【０１１３】
ドーパントの積層の後、このドーパントは硬化され（２７０）（図１２）、この硬化は、ドープ電極と半導体材料との間に所望の電気的相互作用を提供するために適切なようになされる。例えば、ドーパントインクを積層させた後に、溶媒及び／又は他の有機物を除去するために任意の乾燥工程を用いることができる。いくつかの実施形態では、１ミクロン未満の厚さを有する薄膜は、更なるドーパント硬化処理のために残すことができる。ドーパント硬化の特性はドーパント組成物の特性に依る。液体とシリカ粒子インクとを含むドーパントでは、このドーパントはドープ電極を形成するためにケイ素層にドライブされ、一方で、ケイ素粒子インクでは、シリコンはドープ電極を形成するために適所で溶融することができる。
【０１１４】
適当な実施形態において、上記ドライブイン（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）工程の間、積層されたドーパント元素は、シリコン中にドープ電極を形成するために、シリコンにドライブされる。このドライブインは、固体拡散を加速するためにオーブン内で加熱して行うことができる。熱によるドーパントのドライブインは、所望の全体的なドーピングレベルを得るために一般的に比較的深いドーパント構造体を得るようにシリコン中のドーパントはガウス分布となる。通常、ドーパントレベルが、１立方センチメートル当たり約５．０×１０１８〜約５×１０１９原子であってもよい。
【０１１５】
しかしながら、いくつかの実施形態においては、例えばＵＶレーザ（例えばエキシマーレーザ）を用いてレーザードライブインが行われるが、広い範囲のレーザー周波数がレーザーによるドーパントドライブインに適切なものとなり得る。特に詳細には、１０〜１０００ナノ秒のエキシマレーザパルスによって、１４００℃を超える温度で２０〜８０ナノメートルの深さまでシリコンが溶融する。特定の例として、２０ナノ秒のパルスの約０．７５Ｊ／ｃｍ２、又は２００ナノ秒のパルスの１．８Ｊ／ｃｍ２のエキシマーレーザ流束量が、溶融される領域のために適切なパラメータであるが、他のレーザー及びレーザー周波数及び他の電力パラメータも適切に用いられることができる。オーバー層のドーパントは、溶融されたシリコンに急速に拡散するが、一般的に、溶融されたシリコンを通り越して拡散することはほとんどない。従って、略階段状のドーパント断面は、溶解度よりも高いレベルに到達する可能性のあるドーパント濃度で形成されることができる。加えて、シリコン層及び下位層は室温又はこの付近で保たれ、低温度での処理はエネルギーの消費量が少なくて済むため有益である。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、レーザーによるドライブインによって高濃度にドーピングされた電極は比較的浅い断面を有して形成され、約１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有し、更なる実施形態では約２０ｎｍ〜１００ｎｍである。浅い断面を有する実施形態において、ドーパントの断面は、半導体内のドーパントの少なくとも９５原子パーセントを半導体表面から約５００ｎｍ内に有し、更なる実施形態において、半導体表面から約１００ｎｍ内に有する。当業者は、ドーピングされた電極深さに関して上記に明示された範囲内での追加的な範囲を予測し、本明細書中の開示の範囲内に含まれることを認識するであろう。ドーパントの断面は、表層から異なる深さでサンプルを取るためにスパッタリングもしくは他のエッチングを行うと共に、元素組成を評価するために二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて測定することができる。
【０１１７】
同様に、シリコン半導体シートの表面上のドーピングされたシリコンの積層物は、半導体シートと結合するようにドープ電極を形成するために溶融される。ケイ素粒子はオーブン等で溶融されるか、又は、光による加熱システム（例えばレーザーに基づくスキャン装置）にその構造体を配置することによって溶融される。また、広範囲の周波数を有する光源（例えばレーザー）が、ドープ電極内でケイ素粒子を硬化させるように調整される。
【０１１８】
ドーパントインクは、ドライブインの後に残留物をほとんど残さない。一般的にドーピングされたシリカ（ＳｉＯ２）を使用するドーパントインクは、ドーパントドライブインの後に表層から清浄される。残留物ＳｉＯ２及び不純物は、高周波エッチングによって除去さすることができる。
【０１１９】
更なる実施形態において、ドーパント積層２６８及びドーパント硬化２７０は、異なるドーパント組成物によって複数の工程を交互に行うことでなされる。特に詳細には、第１のドーパント組成物は層として形成される。その後、ドライブイン工程は、放射線ビーム（例えばレーザー光線）を使用して行われる。この放射線ビームは、所望の位置（例えば保護層を貫通する孔に対応する）でドーパントを硬化するために焦点を合わせることができる。このドーパントには、ドーパント液体及び／又はドーピングされた粒子（例えばケイ素粒子又はシリカ粒子）が含まれる。硬化は上記の通りに行われる。
【０１２０】
第１のドーパントを選ばれた箇所で複数の硬化した後、層の残留部が洗い流され（例えば有機溶剤又はエッチング組成物によって）、少なくともかなりの部分の硬化したドーパントが残留する。その後、異なるドーパントの第２層が供給される。複数の箇所からなる第２組において第２のドーパントを硬化するのに放射線照射がなされる。その後、第２のドーパント層の残留物が除去される。このようにして、ｎドーパント及びｐドーパントは、いずれの順序でも連続して積層することができる。スピンコーティング、スプレーコーティング又は他の好都合なコーティング方法は、例えば本明細書に記載されたようなドーパントインクにより層を形成するために用いることができる。
【０１２１】
図１２を参照すると、コレクタ材料が積層され（２７２）、これによりドープ電極との電気的接続が形成され、得られた光電流をセルの外部に案内できるようにする。コレクタが形成され、これにより、ドープ電極を電気的に接続し、モジュール端末又は別のセルに接続するのに好適であるセルの二極が形成される。セル内において、ドープ電極はセル構成内において一般的に特定の極性に電気接続されている（すなわち、並列に接続されたドーパント電極）。コレクタ材料の積層は例えばインクジェットを用いて行うことができ、これにより、金属化材料を直接積層するかもしくは後の電気メッキのために導電シードパターンを積層する。いくつかの実施形態では、金属化材料の直接の積層には、ポリマー・銀粒子複合材を有するインクをインクジェットで積層することが含まれる。電気メッキによる実施形態において、シード層は、任意の電導性材料（例えばＣｕ、Ａｇ又はＮｉの層）であってよい。シード層の使用及び後の電気メッキは、米国特許第６，６３０，３８７（「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」（ホリイ））に更に記載されており、本明細書に組み込まれたものとする。
【０１２２】
コレクタ材料の硬化（２７４）（図１２）のための適切な方法は、コレクタ材料の性質に依る。いくつかの実施形態では、コレクタ材料は、金属又は他の材料を焼きなますために加熱されて、良好な接続を形成することができる。ポリマー・金属粒子複合材は、ポリマーを架橋させるのに効果的な適度な加熱をすることにより、高伝導性の材料に硬化することができる。いくつかのポリマー複合体は放射線によって硬化することができる。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、セルのカットによって形成された間隙に跨るようにブリッジが用いられる場合、直列に複数の太陽電池セルを接続するためにインクジェット金属被覆をすることができる。ブリッジは、電気絶縁性充填材から形成すべきである。適切な充填材には、例えば、モジュール構造体が歪まないように可撓性のポリマーが含まれる。適切なポリマーを、直接的な方法（例えば押出、成形等）を用いて積層してもよい。ブリッジの形成及びブリッジ上のインクジェット式金属被覆によって、セルを互いにハンダ付けする必要がなくなる。あるいは、セルは銅線等と共にハンダ付けされてもよく、又は、電気接続を形成するために他の方法を用いてもよい。
【０１２４】
図９を参照する。一旦セルが完成すると、モジュール形成を完成するために更なる加工工程を行うことができる（１９８）。モジュールを完成するための最後の加工工程の間に、太陽電池セルの電極は直列に接続され、他の電気接続も所望なように形成することができる。また、一連の電池セルの端の電池セルの適切な電極は、モジュール端末に接続される。具体的には、一旦電池セル間の電気接続が完成されると、外部モジュールの接続も形成することができ、モジュールの裏面は封止される。支持体層は、セルの裏面を封止するために配置することができる。裏面封止材料が透明である必要はないため、上記のように、一定の範囲の材料及び方法が用いられることができる。ヒートシール性フィルムが用いられる場合、このフィルムは適当に配置され、モジュールは他の構成要素に影響を及ぼすこと無くシールを構成するために中温まで加熱される。その後、モジュールは所望のようにフレームに載置することができる。
【０１２５】
上記実施形態は、説明のためであって、これらに限定されない。更なる実施形態も添付の特許請求の範囲内である。加えて、本発明が特定の実施形態に関して記載されてきたが、その形態及び細部を本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更することが可能であることは当業者には認識されるであろう。本明細書において参照文献を組み込んだが、本発明の開示内容とは相反するものまでを含まないとする。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】図１は、光起電モジュールの概略的な斜視図であって、モジュール内の太陽電池セルをいくつか露出させるために支持体層（バッキング層）が除去されている。
【図２】図２は、図１の線２−２に沿って取られた図１の光起電モジュールの断面図である。
【図３】図３は、光起電モジュールの底面図であって、モジュール内の太陽電池セルを露出させるために支持体層が除去されている。
【図４】図４は、個々の太陽電池セルの底面斜視図である。
【図５】図５は、図４の線５−５に沿って取られた図５の太陽電池セルの断面図である。
【図６】図６は、半導体基板の底面図であって、不活性化層（保護層）に穿孔された孔に形成されたドープ領域を露出させるためにコレクタが除去されている。
【図７】図７は、別の実施形態の太陽電池セルの底面図である。
【図８】図８は、図７の太陽電池の底面図であって、保護層を貫通する孔内のドープ領域を露出させるためにコレクタが除去されている。
【図９】図９は、モジュール製作の主要な加工工程を示す流れ図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、半導体シートの底面図であって、動的なセルの選択を示している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、セルのカット及びドーパントの配置のための穿孔の後の図１０Ａのシートの底面図である。
【図１１】図１１は、リアルタイム（実時間）のセルの選択の後の、カットされたセルを示す半導体シートの下面図である。
【図１２】図１２は、太陽電池セル加工のための工程を示す流れ図であるが、図に示される順序が必ずしも処理の順序とならなくてはならないというわけではない。
【図１３】図１３は、シリコン層上の窒化ケイ素層を貫通して穿孔された実際の孔の顕微鏡写真である。
【図１４】図１４は、保護層を貫通する孔を形成するためのレーザー穿孔の後の構造体を示す部分的な側断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図９】
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【図１２】
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